成都平原西部農(nóng)業(yè)土壤中金屬元素分布特征研究

王英英，錢 蜀，鄧星亮

（四川省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，四川 成都610041）

成都平原西部農(nóng)業(yè)土壤中金屬元素分布特征研究

王英英，錢 蜀，鄧星亮

（四川省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，四川 成都610041）

通過對(duì)成都平原西部6縣（市）表層0～20cm農(nóng)業(yè)土壤進(jìn)行取樣分析，研究了鎘、鎳、釩、砷、鈷、鉻、銅、汞、錳、鉛、硒和鋅等12種金屬元素在土壤中的含量分布特征。并采用單因子污染指數(shù)法進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)，得出區(qū)域土壤中鎘、鎳、釩、鉻、銅、汞、錳和鉛等8種金屬元素均出現(xiàn)不同程度的超標(biāo)，且土壤中的主要超標(biāo)元素為釩、鎘和鎳。對(duì)比該區(qū)域背景點(diǎn)土壤含量，發(fā)現(xiàn)鎘、鎳、砷、鈷、鉻、汞、錳、鉛和硒9種金屬元素含量均高于背景值水平，特別是鎘、汞和錳的含量明顯高于背景值水平。采用Hakanson法對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域耕地土壤進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估后得出，耕地土壤中鎘和汞元素存在低度的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，初步推斷為斷裂帶土壤本底遷移和人為耕作活動(dòng)的影響所致。

成都平原西部；農(nóng)業(yè)土壤；金屬元素；分布

Abstract：Based on argriculture surface soils analysis results from six counties／cities of western Chengdu Plain，the author investigated distribution charateristics for 12heavy metals，namely Cd，Ni，V，As，Co，Cr，Cu，Hg，Mn，Pb，Se and Zn in the soils．Moreover，the author conducted evaluation for each individual heavy metals．The results show 8 kinds of heavy metal's levels exceed the standard requirements，more or less，among them，the primary heavy meal are identified to be V，Cd and Ni．Further comparison with background soils reveal that 9kinds of heavy metals，Cd，Ni，As，Co，Cr，Hg，Mn，Pb and Se of studied areas present higher than background value，with Cd，Hg and Mn appear to be most significant．Finally，the author conducted soil ecological risks assessment by Hakanson methods and concluded that the Hg and Cd in studied areas soils present low ecological risks．

Key words：the western Chengdu Plain；farmland soil；heavy metals；distribution

按1：20萬都江堰幅的平原地區(qū)中成都平原西部包括了都江堰、彭州、大邑、崇州、溫江、郫縣等6縣（市）的平原及盆周淺丘地區(qū)。2010年對(duì)該區(qū)域土壤中微量元素含量與分布已經(jīng)進(jìn)行了相關(guān)研究，其結(jié)合了土壤發(fā)生的地質(zhì)背景［1－2］。同時(shí)，這里是成都平原的主要農(nóng)業(yè)分布區(qū)，且位于府南河上游，是府南河主要的水源補(bǔ)給區(qū)及成都市主要的農(nóng)副產(chǎn)品供給地之一。本文主要對(duì)該區(qū)域農(nóng)業(yè)土壤特別是耕地土壤中的12種金屬元素含量分布特征及環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估進(jìn)行研究探討，以期對(duì)區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、土壤污染防治及環(huán)境管理等提供有效的技術(shù)支撐。

1 監(jiān)測(cè)區(qū)域土壤環(huán)境特征及監(jiān)測(cè)概況

區(qū)域位于成都市以西，屬成都沖積平原，主要地形為平原及盆周淺丘，區(qū)內(nèi)礦藏有煤、銅、金、石灰?guī)r、赤鐵礦、鉛、鋅等，工業(yè)有能源、機(jī)械、醫(yī)藥、蓄電池、建材、化工、食品等，主要農(nóng)業(yè)產(chǎn)品有水稻、小麥、玉米、油菜等，亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候。

在都江堰、彭州、大邑、崇州、溫江、郫縣等6縣（市）區(qū)域內(nèi)的農(nóng)業(yè)土壤共布設(shè)了75個(gè)采樣點(diǎn)位，其中耕地點(diǎn)位39個(gè)，林地點(diǎn)位36個(gè)，見圖1。采集了表層20cm深度的土樣，共監(jiān)測(cè)了鎘、鎳、釩、砷、鈷、鉻、銅、汞、錳、鉛、硒和鋅等12種金屬元素。

土壤中金屬元素鎘采用ICP－MS法（GB／T 17141－1997），砷、汞和硒為原子熒光法（《土壤元素近代分析方法》），鉛、銅、鋅、鉻、錳、釩、鈷和鎳為X熒光法（《區(qū)域地球化學(xué)勘察樣品分析方法》）；土壤理化指標(biāo)pH為電極法，全氮為半微量凱氏法，全磷為分光光度法，全鉀為火焰光度法，有機(jī)質(zhì)為容量法，顆粒組成為比重法。

圖1 區(qū)域土壤監(jiān)測(cè)點(diǎn)位分布情況

2 區(qū)域土壤基本性狀

監(jiān)測(cè)區(qū)域中涉及耕地和林地2種土地利用，土壤類型主要為水稻土，對(duì)成都平原西部區(qū)域土壤中理化性質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。結(jié)果顯示，區(qū)域土壤總體偏酸性，按照國際制土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)區(qū)域土壤總體屬于壤質(zhì)黏土，土壤有機(jī)質(zhì)含量范圍為1．36%～17．10%，在土壤學(xué)中，一般把耕作層中含有機(jī)質(zhì)20%以上的土壤稱為有機(jī)質(zhì)土壤，含有機(jī)質(zhì)在20%以下的土壤稱為礦質(zhì)土壤，一般情況下，耕作層土壤有機(jī)質(zhì)含量通常在5%以下［3］，可見，監(jiān)測(cè)區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)屬于正常水平。中國一般農(nóng)田的養(yǎng)分含量是：氮0．030～0．350%；磷0．010～0．150%；鉀0．250～2．700%，監(jiān)測(cè)區(qū)域土壤全氮含量范圍為0．100%～0．650%，全磷含量范圍為0．020%～1．650%，全鉀含量范圍為0．600～2．920%，屬于中等水平。詳見表1。

表1 監(jiān)測(cè)區(qū)域土壤基本性狀

3 區(qū)域土壤12種金屬含量特征對(duì)比

監(jiān)測(cè)區(qū)域土壤中12種金屬元素質(zhì)量比范圍為0．029～16 912mg／kg，見表2。鎘、鎳、釩、砷、鈷、鉻、銅、汞、錳、鉛、硒和鋅的質(zhì)量比分別約為0．323，39．3，123，9．50，17．3，104，35．2，0．153，491，41．4，0．370mg／kg和112mg／kg，并且除錳外的11種金屬元素在耕地和區(qū)域土壤總體的含量差異不太明顯。

表2 監(jiān)測(cè)區(qū)域農(nóng)業(yè)土壤12種金屬元素質(zhì)量比統(tǒng)計(jì) mg／kg

續(xù)表2

12種金屬元素中錳和汞在土壤中的含量變化最大，本次監(jiān)測(cè)其最大值與最小值的比值分別高達(dá)約252倍和66．6倍；變化較大的是鎘和鉛，鋅和釩含量變化最小。在該區(qū)域“七五”背景值調(diào)查時(shí)的原點(diǎn)位重新采集表層土樣，重金屬含量見表2。本區(qū)域土壤中鎘、鎳、砷、鈷、鉻、汞、錳、鉛和硒9種金屬元素含量均高于背景值水平，特別是鎘、汞和錳的含量明顯高于背景值水平，可見，區(qū)域土壤中金屬元素出現(xiàn)了表層的遷移和累積現(xiàn)象。

相關(guān)分析結(jié)果顯示見表3。

表3 監(jiān)測(cè)區(qū)域土壤金屬元素含量與有機(jī)質(zhì)含量之間相關(guān)系數(shù)對(duì)比

區(qū)域土壤中鎘、汞、砷、錳、硒和鋅含量與土壤有機(jī)質(zhì)含量之間存在顯著正相關(guān)性，土壤中銅含量與土壤有機(jī)質(zhì)含量之間存在顯著負(fù)相關(guān)性，所以影響土壤有機(jī)質(zhì)含量變化的因素會(huì)改變金屬元素的累積。

4 區(qū)域土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果

依據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618－1995）中按照pH值不同選擇相應(yīng)的鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅和鎳的標(biāo)準(zhǔn)限值，錳、釩、鈷和硒分別參照全國土壤污染狀況調(diào)查中規(guī)定的1 500mg／kg、130mg／kg、40．0mg／kg和1．00mg／kg標(biāo)準(zhǔn)限值，采用單因子污染指數(shù)法對(duì)區(qū)域土壤總體和區(qū)域耕地土壤中12種金屬元素分別進(jìn)行了環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)，并采用Hakanson［4］制定的標(biāo)準(zhǔn)化重金屬毒性系數(shù)為評(píng)價(jià)依據(jù)，僅對(duì)耕地土壤中的Zn、Cr、Cu、Ni、Pb、As、Cd和Hg共8種金屬元素進(jìn)行了單一重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。見表4。

表4 監(jiān)測(cè)區(qū)域土壤金屬元素環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估統(tǒng)計(jì)

續(xù)表4

結(jié)果顯示，區(qū)域土壤中砷、鈷、硒和鋅共4種金屬未出現(xiàn)超標(biāo)，其余8種重金屬均出現(xiàn)超標(biāo)，總的土壤監(jiān)測(cè)點(diǎn)中8種金屬出現(xiàn)超標(biāo)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的比例在1．32%～32．9%之間，釩、鎘和鎳土壤出現(xiàn)超標(biāo)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的比例最高，分別約為 32．9%、25．0% 和11．8%，其次為汞和鉻，鉛、銅和錳較低。從最高超標(biāo)倍數(shù)來看，錳元素最高，為10．3倍，屬重度超標(biāo)，該點(diǎn)位于成都市大邑縣黑水河自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，土地利用為林地；其次為鉛和鎘元素，分別為2．4和1．4倍，屬輕度超標(biāo)，該點(diǎn)分別位于成都市崇州市雞冠山鄉(xiāng)和成都市大邑縣黑水河自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，土地利用均為林地。其余元素在土壤中主要為輕微超標(biāo)；這與以前報(bào)道的結(jié)果較為一致［5］。

雖然重度和中度超標(biāo)土壤監(jiān)測(cè)點(diǎn)均為林地，但是監(jiān)測(cè)區(qū)域耕地土壤環(huán)境質(zhì)量狀況也不容樂觀，有6種金屬元素在耕地中均出現(xiàn)了超標(biāo)，分別為鎘、鎳、釩、鉻、汞和銅，其中土壤中鎘出現(xiàn)超標(biāo)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)比例最高，約為37．5%；其次為釩和鎳，土壤中出現(xiàn)超標(biāo)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的比例分別約為27．5%和22．5%；汞、鉻和銅土壤中出現(xiàn)超標(biāo)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的比例較低，均低于10%。同時(shí)可以看出，耕地中鎘、鎳、銅和汞元素土壤中出現(xiàn)超標(biāo)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的比例高于監(jiān)測(cè)區(qū)域總體的比例，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2007年成都平原區(qū)及盆地丘陵區(qū)化肥施用量分別為91．0kg／km2和16 309kg／km2，均高于其他區(qū)域，是全省平均負(fù)荷的3．5倍左右，人為耕作活動(dòng)對(duì)土壤中4種元素的累積有較大的影響作用。

近年來大量化肥、農(nóng)藥、農(nóng)村家畜糞便等在耕地中的施用，再加上農(nóng)村生活垃圾對(duì)耕地的污染，所以耕地質(zhì)量問題正成為我國糧食安全和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的潛在隱患。所以本文對(duì)耕地中出現(xiàn)超標(biāo)的5種金屬元素進(jìn)行了生物體的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，根據(jù)每種金屬的毒性響應(yīng)系數(shù)確定其在土壤中的風(fēng)險(xiǎn)水平，結(jié)果表明鎘和汞兩種金屬元素存在少量監(jiān)測(cè)點(diǎn)的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，其余3種元素均屬于安全水平；鎘元素出現(xiàn)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別位于彭州市天彭鎮(zhèn)和崇州市燎原鄉(xiāng)，有研究表明沖積平原中不同沖積體系的物源區(qū)特殊地層（高背景地層）、地質(zhì)體（鉛鋅礦、銅礦、硫鐵礦等）對(duì)土壤中鎘的高含量貢獻(xiàn)較大，同時(shí)亦不可忽視自然剝蝕搬運(yùn)或人為的礦開采行為對(duì)含隔礦物或巖屑的搬運(yùn)及水系沉積物的異地沉積；水溶性鎘在平原區(qū)農(nóng)作過程中（農(nóng)灌）不斷沉積累積于土壤中的可能［2］；汞元素出現(xiàn)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別位于崇州市懷遠(yuǎn)鎮(zhèn)、郫縣古城鄉(xiāng)和彭州市天彭鎮(zhèn)。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，成都平原西部土壤中汞的異?，F(xiàn)象主要來源于地下深部汞遷移作用，隱伏斷裂是汞遷移的良好通道［6－7］。

5 結(jié)論及對(duì)策建議

（1）監(jiān)測(cè)區(qū)域農(nóng)業(yè)土壤中的金屬元素出現(xiàn)了累積現(xiàn)象，與該區(qū)域背景點(diǎn)土壤中含量相比，鎘、鎳、砷、鈷、鉻、汞、錳、鉛和硒9種金屬元素均出現(xiàn)遷移和累積，特別是鎘、汞和錳較為明顯。

（2）區(qū)域農(nóng)業(yè)土壤監(jiān)測(cè)的12種金屬元素中主要超標(biāo)元素為釩、鎘和鎳，并且耕地中鎘、鎳和銅的超標(biāo)情況均高于區(qū)域總體，人為耕作活動(dòng)可能是造成4種元素含量累積的因素，同時(shí)該區(qū)域位于龍門山斷裂帶，由于成礦條件等因素導(dǎo)致的土壤本底較高引起的遷移也是重金屬的超標(biāo)的重要原因。

（3）監(jiān)測(cè)區(qū)域耕地土壤中鎘和汞元素存在低度的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，初步推斷為土壤本底和認(rèn)為耕作活動(dòng)的雙重影響，該點(diǎn)位種植農(nóng)作物主要為玉米和稻谷，應(yīng)加強(qiáng)農(nóng)作物安全監(jiān)測(cè)，避免通過食物鏈對(duì)人體健康造成影響。

（4）管理部門通過制定肥料法或肥料管理?xiàng)l例，消除或杜絕將未經(jīng)檢測(cè)和無害化處理認(rèn)可的城鎮(zhèn)生活垃圾、屠宰場(chǎng)廢棄物及城市污泥等作為“有機(jī)肥料”投入農(nóng)田；甚至工業(yè)廢渣如磷石膏等作為“肥料”，將農(nóng)田作為消納“三廢”的場(chǎng)所。

（5）建立起科學(xué)合理地農(nóng)業(yè)用地特別是利用耕地、合理施肥的保障和管理機(jī)制。

［1］ 朱禮學(xué)．成都平原西部元素的分布特征及其與農(nóng)業(yè)、環(huán)境的關(guān)系［J］．物探化探計(jì)算技術(shù)，1999，4（21）：295－300．

［2］ 朱禮學(xué)．成都平原西部土壤中鎘的分布與鎘污染［J］．四川環(huán)境，2001，20（2）：41－47．

［3］ 陳懷滿．環(huán)境土壤學(xué)［M］．北京：科學(xué)出版社，2005：55．

［4］ Hakansonl．An ecological risk indexfor aquatic pollution control a sediment ecological approach［J］．Water Research，1980，14（8）：975－1 001．

［5］ 李富華．成都平原農(nóng)用土壤重金屬污染現(xiàn)狀及防治對(duì)策［J］．四川環(huán)境，2009，28（4）：60－64．

［6］ 劉曉輝，童純菡，周四春，等．成都平原西部土壤汞異常來源研究［J］．長江流域資源與環(huán)境，2009，11（18）：1 058－1 062．

［7］ 韓麗莎，李 曉．成都西部金馬地區(qū)土壤微量元素特征研究［J］．廣東微量元素科學(xué)，2005，12（80）：15－19．

Investigation into Heavy Metals Distribution in the Farmland Soils in the Western of Chengdu Plain

WANG Yingying，QIAN Shu，DENG Xingliang

（Sichuan Environmental Monitoring Center，Chengdu 610041，China）

X53

A

1674－2842（2012）05－0011－04

2012－03－31

王英英（1982－），女，山西大同人，碩士研究生，工程師，目前主要從事于環(huán)境樣品分析及研究，E－mail：yingyingw1982＠126．com。